原油儲罐非接觸式測量方法

◎陳博 劉婷 任神河

原油儲罐非接觸式測量方法

◎陳博 劉婷 任神河

石油是工業血液，是不可再生的重要資源，剛開采出來的原油中含有較多的水分及泥沙等物質，需要放在儲油罐中靜置，由于多相介質密度不同，在重力作用下使其分層，最終抽取純油部分，因此如何測量各介質層的相應高度是原油儲罐實時計量的關鍵。本文介紹了現階段國內外主流的非接觸式測量方法，對其優缺點進行了分析，對今后的發展前景做出了展望。

石油被稱為為黑色黃金，是當今世界最為重要的資源之一，是工業快速發展的重要保障。石油作為不可再生資源，其分布及儲量充滿了不確定性，中國作為世界上最大的發展中國家，石油儲量也是較為豐富的，但是受地質影響各個油田的產量和油質也有較大差異，例如陜西省陜北地區的油田，由于壓力原因，在開采時往往需要注水增壓，因此開采出來的原油中含有的水分及泥沙較多，通常開采出來的原油無法直接提煉，需要靜置在儲油罐中利用密度不同的原理在重力作用下形成包括空氣層、油層、乳化層、水層、泥沙層等多相介質層，計算出各個介質層高度后準確將油層抽取。在過去幾十年里主要通過人工標尺發來測定油層高度，但儲油罐體積龐大，人工測量起來費時費力，隨時科技的發展，各種自動測量系統應運而生，可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式主要是利用傳感探頭直接與儲油罐介質相接觸，利用在不同介質層反饋回來的信息強度不同來確定介質高度，但由于原油中雜質較多，傳感探頭很容易被雜質包裹從而影響測量精度，因此目前發展的趨勢更偏向于非接觸式測量。非接觸式測量通常指傳感探頭不與所測介質直接接觸，從而避免了傳感探頭被油污包裹住導致精測失真的情況發生，目前主流的非接觸式測量主要包括超聲波或雷達測量、電磁波測量以及光纖測量法。

超聲波或雷達測量法

超聲波測量法和雷達測量法測量原理相似，都是計算時間差的方式來測量液位高度，以超聲波為例，通常將超聲波發射端與接收端都安置在儲油罐上方位置，發射端發出超聲波信號，打到儲油罐內液體表面后返回，通過計算發射及接受超聲波的時差來計算儲油罐內液位高度。

超聲波測量法優點和缺點都較為突出。安裝和測量方法簡單、成本低、穩定性好是其優點；缺點是超聲波易受外界條件干擾導致精度較低，而且超聲波測量法只能測得油罐內的表面高度，無法測定各個介質層的相應高度，因此不具備較大的應用前景。

電磁波測量法

電磁波測量法主要利用電磁波在不同介質中衰減強度的不同來判定介質種類，將大量的電磁傳感器在聚乙烯四氟管的保護下采用陣列式的布局安置在油罐內，每個電磁傳感器固定在相應高度，超聲波發射端水平安置，其發出的超聲波打在儲油罐壁后返回被接受，通過對比接收信號的衰減強度來判斷該電磁傳感器所處位置，其測量原理圖如圖1所示。

從理論上講，無論罐體體積多大，該測量方法都適用，且電磁傳感器間距越小，系統測量的精度就越高。其優點包括可以實現儲油罐內多相介質的的高度測量、精度高、適應強。缺點主要包括安裝和維護較為復雜，測量成本較高。

圖1 電磁波測量原理圖

光纖測量法

光纖液位測量法或者激光液位測量法，其測量原理與超聲波較為類似，同樣是通過計算發射及返回信號時間差來測的液位高度，只不過信號由原來的超聲波信號變為光信號，與超聲波相比，激光的穩定性更好，測量精度也較高，但其成本也相應較高，且同樣只能實現單一表面液體高度的測量，但光纖傳感器可發展的空間還很大，可利用光信號在不同介質中衰減強度的差異實現多相介質的測量，只是受目前制作工藝及成本條件限制還未有成熟的產品問世。

結論及展望

按目前發展趨勢來看，非接觸式測量作為主流研究方向將繼續被深入的研究下去，由于電信號會產生電火花，對于石油化工行業來說是個極大的安全隱患，而隨著光信息技術的發展，全光通信時代也勢必會被實現，因此光纖傳感器很有可能作為最適合用于儲油罐液位測量的傳感器在不久的未來體現出其自身的價值。

（作者單位：咸陽師范學院 物理與電子工程學院）

本論文受咸陽市科學技術研究計劃項目(2015k02-05)；咸陽師范學院專項項目（13XSYK013）資助。